空气净化器甲醛净化能效的测量结果不确定度评定

摘 要：净化能效作为评判空气净化器能耗高低的关键指标，更贴合国民需要。2023年5月1日GB/T 18801—2022《空气净化器》正式实施，新标准更改了净化器的能效要求，删除了能效分级，也提高了要求。因此，高能耗产品将因无法达标而被淘汰。本文主要依据标准中甲醛净化能效的测定方法，对测量结果的不确定度影响因素进行分析和评定。结果表明，仪器的重复性测量和示值误差引入的不确定度对测量结果的影响较大。

关键词：空气净化器，甲醛，净化能效，不确定度评定

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.04.032

0 引 言

近年来，国内空氣质量问题严峻，呼吸道疾病暴发性增长。不论是城市还是农村居民，大部分时间是在室内环境中度过，因此室内空气质量对人体健康影响非常重要[1]。雾霾经济刺激了空气净化器行业的快速发展，室内配置空气净化器成为应对当前空气问题的刚性需求。而随着大家健康家装意识越来越强，消费者的需求不再单纯针对雾霾净化，希望产品向除醛、苯、氨等有害气体，杀菌消毒以及增氧清新等功能倾斜，改善生活品质、呵护健康成为空气净化行业的新风向标。

市场上的空气净化器的品类繁多，产品特点各有不同，净化质量良莠不齐。同时，适用场景不同，净化效果差别较大，消费者应根据自身需求和环境污染条件，优先选择针对性强、性价比高的产品[2]。净化能效是将净化效果和能耗综合考虑的参数，是选购空气净化器的主要指标之一，能够比较客观反应空气净化器的整体性能[3]。本文主要通过电化学传感器法便携式甲醛分析仪测定空气中甲醛的含量，采用安全性能综合分析仪测定空气净化器的输入功率，然后通过曲线模拟和公式计算得出空气净化器的甲醛净化能效指标，进而分析和评定其测量结果不确定度，为产品提供更加客观、科学的评价依据。

1 试验方法

1.1 目的

评定空气净化器甲醛净化能效的测量结果不确定度。

1.2 环境条件

温度：（23±2）℃；相对湿度：（50±5）%。

1.3 背景浓度

颗粒物：使0.3 μm以上的粒子浓度小于1000个/L；甲醛：低于初始浓度的10%〔甲醛初始浓度为（1.00±0.20）mg/m3〕。

1.4 试验设备

本次试验使用的主要设备有：30 m3环境测试舱、H T V-M便携式甲醛分析仪（测量范围：0 ～10ppm）、A N16 4 0B安全性能综合分析仪（测量范围：0～50 W）、HYGA-2甲醛发生器（甲醛发生装置，对最终结果不产生影响）、CLJ-E3016尘埃粒子计数器及稀释器（背景浓度测试，对最终结果不产生影响）。

1.5 试验步骤（参照GB/T 18801—2022《空气净化器》附录E）

1）连接空气净化器和安全性能综合分析仪，净化器在额定功率条件下稳定运行30 min以上，测量其功率，当数值变化<1%，读取测量值即为输入功率；

2）试运行：将净化器置于环境背景低于GB/T18883—2022《室内空气质量标准》规定的污染物限值且温度（23±3）℃，相对湿度（50±10）%的环境中，试运行至少1 h；

3）采样布点：将便携式甲醛分析仪置于舱内桌子（高度0.9 m）上，采样口应避开进出风口，且距离舱壁>0.5 m；

4）试验舱净化：开启舱内净化系统，使温湿度和背景浓度满足1.2、1.3要求；

5）污染物输送：关闭净化系统和温湿度调节装置，开启搅拌风扇和循环风扇，用甲醛发生器将一定量的甲醛气体输送至舱内，关闭发生器；

6）自然衰减测试：（a）循环风扇保持开启状态，搅拌风扇再搅拌10 min 后关闭，待风扇静止后，测定甲醛初始浓度C 0；（b）每5 min采集一次，除C 0外的第一个取样点开始时刻为t =0 min，连续采样60 min；

7）总衰减测试：重复3）～5）步骤，搅拌风扇再搅拌10 min 后关闭，待风扇静止后，测定甲醛初始浓度C 0；开启净化器至额定模式，开启时刻为t = 0min，每5 min采集一次甲醛，连续采样60 min，期间，循环风扇保持开启状态；

8）按公式（1）（2）计算自然衰减常数k n、总衰减常数k e、洁净空气量Q及净化能效η。

2 数学模型

净化能效计算公式如下：

式中：η为净化能效，m3/（W·h）；Q为洁净空气量，m3/h；P为输入功率，W；k e为总衰减常数，min-1；k n为自然衰减常数，min-1；V为试验舱容积，30 m3。

衰减常数的计算见公式（2）：

其中式中：k为衰减常数，min-1；t i为第i 个取样点对应的时间，min；n为采样次数； 为第i 个取样点对应的甲醛浓度，mg/m3。

3 标准不确定度评定

3.1 测量结果的不确定度来源及评定方法

根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》[5]评定方法，详见表1。

其中：①甲醛分析仪采用电化学原理，线性稳定，结果准确，精度高，操作简便，属于便携式的直读仪器，其测量值可保留至小数点后三位，仪器读数分辨率引入的标准不确定度可忽略不计；②本试验采用的试验舱的气密性要求高，温湿度控制精度远高于标准要求，衰减常数的测量周期为1 h，短时间内温湿度变化不大，且甲醛分析仪为直读式，其测量误差中已考虑温湿度等造成的影响，故测量环境引入的标准不确定度可忽略不计[6]。

3.2 标准不确定度评定

3.2.1 自然衰减常数k n的测量不确定度评定

（1）测量重复性引入的相对标准不确定度

采用A类评定方法评定，相同试验条件下进行自然衰减常数试验（重复测量n =10次），得到k n（min-1）分别为：0.0019、0.0021、0.0017、0.0018、0.0016、0.0021、0.0016、0.0018、0.0014、0.0017，平均值为：0.0018 min-1。单次测量结果的相对标准不确定度为：

3.2.2 总衰减常数k e的测量不确定度评定

（1）测量重复性引入的相对标准不确定度

采用A类评定方法评定，相同试验条件下进行总衰减常数试验（重复测量n =10 次），得到k e（min-1）分别为：0.0695，0.0686，0.0706，0.0684，0.0671，0.0702，0.0688，0.0678，0.0683，0.0695，平均值为：0.0689 min-1。单次测量结果的相对标准不确定度为：

（2）仪器示值误差引入的相对标准不确定度按矩形分布（包含因子），计算得：

（3）仪器重复性误差引入的相对标准不确定度按正态分布（包含因子k =1.96），计算得：

3.2.3 输入功率P的测量不确定度评定

（1）测量重复性引入的标准不确定度

采用A类评定方法评定，相同试验条件下进行输入功率试验（重复测量n =10次），得到P（W）分別为：43.9，44.0，44.0，44.0，43.9，43.9，44.0，44.0，43.9，43.9，平均值为：44.0 W。单次测量结果的相对标准不确定度为：

（2）仪器示值误差引入的标准不确定度

3.3 合成标准不确定度评定

数学模型公式详见式（1），因式中k e、k n、P 各输入量互不相关，则合成标准不确定度按式（16）计算：

其中，灵敏系数为：

净化能效各输入量的测量值及不确定度分量由前计算得出，详见表2。

3.4 扩展不确定度评定

取包含因子k =2，置信概率P =95%，得扩展不确定度为：

3.5 测量结果不确定度的报告与表示

本次测量的空气净化器甲醛净化能效的扩展不确定度结果可表示为U =（2.74±0.35）m3/W·h，k=2。

4 结 论

本文对空气净化器的甲醛净化能效的测量结果不确定度评定分析表明，对合成不确定度影响较大的是测量仪器的重复性测量和示值误差。因此，为确保检测结果的准确性，在日常检测工作中，应注重对测量仪器的检定和校准工作。同时，本文采用的是电化学传感器法便携式甲醛分析仪测定空气中的甲醛含量，参照GB/T 18204.2—2014中7.5规定，为保证重复测量的相对标准偏差小于5%，还需要用酚试剂分光光度法或标气定期对仪器进行比对，以保证甲醛分析仪的准确性[7]。本次对空气净化器甲醛净化能效测量的不确定度评定结果为U =（2.74±0.35）m3/W·h，k =2。

参考文献

[1]刘露，宋霄龙.电化学便携式甲醛分析仪测量结果不确定度的研究[J].广州化学，2017，42（5）：32-35.

[2]胡俊，肖江蓉，亮亮，等.空气净化器对室内甲醛净化效果的实验研究[J].分析科学学报，2013，29（2）：169-172.

[3]吕晓飞，刘兵兵，胡朋举，等.空气净化器甲醛净化性能研究[J].洁净与空调技术，2018（3）：66-68.

[4]全国家用电器标准化技术委员会.空气净化器：GB / T18801—2022[S].北京：中国标准出版社，2022.

[5]全国法制计量管理计量技术委员会.测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1—2012[S].北京：中国质检出版社，2012.

[6]孟凡超，刘兵兵，胡朋举，等.空气净化器甲醛洁净空气量测量结果不确定度分析[J].轻工科技，2018，34（8）：128-129.

[7]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.公共场所卫生检验方法 第2部分：化学污染物：GB/T 18204.2—2014[S].北京：中国标准出版社，2014.

作者简介

黄金菊，本科，工程师，研究方向为环保产品质量检验和技术。

（责任编辑：张瑞洋）